專利名稱：一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，用于估算用于防治在大地理區(qū)域中農(nóng)作物輪作病蟲害所需要的農(nóng)藥量。
背景技術(shù)：
通常將在同一地塊上，一種作物種植一定的時間后，再種植另一種作物一定的時間，并且一直交替下去的過程稱為作物輪作，這兩種時間分別稱為從一種作物到另一種作物的輪作時間，也稱為輪作周期。輪作是作物主要的耕作栽培模式之一，具有明顯的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，不僅可以大大改善土壤理化性狀和生態(tài)環(huán)境，而且還可以有效地破壞病蟲、雜草的生存環(huán)境，顯著降低農(nóng)藥的使用量，減少農(nóng)藥污染以及提高產(chǎn)量。我國不僅在南方地區(qū)水旱以及旱旱輪作廣泛應(yīng)用，而且在北方地區(qū)輪作也廣泛應(yīng)用，如玉米與大豆的輪作就具有明顯的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，國家每年投資近億元用于補(bǔ)助實(shí)施大豆與玉米輪作的農(nóng)戶。在世界范圍內(nèi)，輪作同樣也正在成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵技術(shù)，但是要提高輪作的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，就必須研究與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的發(fā)生情況，包括發(fā)生的區(qū)域和嚴(yán)重的程度，估算需要的農(nóng)藥量，以便采取積極的措施進(jìn)行治理和控制，對于農(nóng)藥的生產(chǎn)者和使用者以及相關(guān)世界農(nóng)藥市場的預(yù)測來說均具有十分重要的意義。
通常，將農(nóng)作物不進(jìn)行輪作或輪作周期太長所產(chǎn)生的病蟲害稱為農(nóng)作物輪作病蟲害，由于農(nóng)作物不進(jìn)行輪作或輪作周期太長都會使輪作病蟲害加劇，所以相關(guān)的防治對農(nóng)藥的需要量也會增加，對農(nóng)藥量進(jìn)行科學(xué)的估算，不僅關(guān)系到農(nóng)藥的合理使用，而且也關(guān)系到農(nóng)藥的生產(chǎn)和供應(yīng)市場資源的合理配置以及相關(guān)金融市場的正常運(yùn)作，對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。然而，如何在大的地理區(qū)域范圍內(nèi)估算防治農(nóng)作物輪作病蟲害需要的農(nóng)藥量一直是農(nóng)業(yè)和其它相關(guān)領(lǐng)域中面臨的一個難題，這個問題的解決對于制定相應(yīng)的農(nóng)作物輪作病蟲害的防治策略、農(nóng)藥的生產(chǎn)和供應(yīng)都具有重要的價值，國內(nèi)外的學(xué)者對此已進(jìn)行了大量的探索，但沒有找到解決此問題的有效方法。
本發(fā)明的目的是采用一種新的方法運(yùn)用對遙感影像的解譯結(jié)果，并通過建立在統(tǒng)計學(xué)以及隨機(jī)過程基礎(chǔ)上的數(shù)學(xué)模型，來分析估算大地理區(qū)域范圍內(nèi)的農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，然后再將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，來確定與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)的防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量，該方法具有高效、簡單、易于應(yīng)用等特點(diǎn)，可廣泛用于對區(qū)域或全球農(nóng)藥需求量進(jìn)行估算等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將從有限多個在年份上兩兩連續(xù)的衛(wèi)星遙感影像上解譯出來的在大地理范圍內(nèi)分布的輪作區(qū)域中的所有同一地塊上不同年份的農(nóng)作物輪作的基本數(shù)據(jù)，根據(jù)地理范圍的大小不同，分別按市、縣、鄉(xiāng)或村為單位來計算農(nóng)作物的輪作周期，再根據(jù)從一種作物到另一種作物輪作順序不同，他們的輪作周期也不盡相同的結(jié)論，運(yùn)用在輪作為平穩(wěn)隨機(jī)過程基礎(chǔ)上建立的公式來估算不同順序農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期。然后，再將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，來確定與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量。因此，將有限多個在年份上兩兩連續(xù)的衛(wèi)星影像的解譯結(jié)果用于高精度估算大地理區(qū)域范圍內(nèi)農(nóng)作物實(shí)際輪作周期以及將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，根據(jù)相關(guān)公式的計算結(jié)果來診斷與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的可能發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量的方法成為本發(fā)明的重要特征。
本發(fā)明農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法的技術(shù)方案是首先，對獲取的覆蓋要研究輪作區(qū)域的農(nóng)作物的遙感影像進(jìn)行解譯，獲得每個鄉(xiāng)或鎮(zhèn)(市或縣)的農(nóng)作物輪作數(shù)據(jù)；再運(yùn)用農(nóng)作物輪作周期估算公式對該輪作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期；再將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，根據(jù)相關(guān)公式的計算結(jié)果即可診斷與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的可能發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量。
本發(fā)明的農(nóng)作物遙感影像解譯主要包括四個步驟，首先對原始影像進(jìn)行幾何校正，線性拉伸增強(qiáng)等預(yù)處理；其次根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查確定輪作農(nóng)作物以及其他作物的解譯標(biāo)志；然后再通過人工目視解譯，從影像中提取輪作農(nóng)作物的信息并生成含輪作農(nóng)作物圖斑的解譯圖件，之后，對該圖件實(shí)地驗(yàn)證檢查，對有問題的圖斑進(jìn)行修正，使圖件的解譯準(zhǔn)確可靠；最后生成包含輪作農(nóng)作物的矢量化解譯圖件，并通過地理信息系統(tǒng)對解譯圖件進(jìn)行空間分析處理，獲得輪作農(nóng)作物的輪作數(shù)據(jù)。
研究農(nóng)作物輪作的周期，通常必須對輪作區(qū)域進(jìn)行多年觀察，并且對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，才能獲得令人信服的結(jié)果，因此，本發(fā)明利用從有限多個在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像中獲得的數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的輪作周期。有限多個在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像是指選取的多年遙感衛(wèi)星影像在年份上每兩幅影像是連續(xù)的，但連續(xù)的每兩幅影像之間在年份上可以是間斷的。
本發(fā)明設(shè)計的農(nóng)作物輪作周期估算公式，除了利用有限多個在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像監(jiān)測外，采用了對輪作區(qū)域內(nèi)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)作物輪作水平同時觀察的方法，來估算一個理想化的典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)作物輪作水平(對市、縣可同樣的討論)，相當(dāng)于將鄉(xiāng)一級的隨機(jī)試驗(yàn)樣本數(shù)量擴(kuò)大到多個，以便加準(zhǔn)確地推算出該區(qū)域的農(nóng)作物的輪作周期，其依據(jù)為各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及各個農(nóng)戶之間在輪作及耕作栽培管理上具有明顯的相互獨(dú)立性，基本符合統(tǒng)計學(xué)上對樣本獨(dú)立性的要求；農(nóng)作物輪作的周期性反映在用隨機(jī)過程描述的作物輪作過程時，該過程具有平穩(wěn)性，在統(tǒng)計學(xué)上就相當(dāng)于每年農(nóng)作物輪作的數(shù)量應(yīng)大致相同，可根據(jù)每年農(nóng)作物輪作的數(shù)量估算出完成整個農(nóng)作物輪作所需要的時間或周期；有限多個在年份上兩兩連續(xù)的多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的獨(dú)立樣本在數(shù)量上對于研究具有平穩(wěn)性的鄉(xiāng)一級的農(nóng)作物輪作過程的統(tǒng)計特征或周期來說，應(yīng)該是足夠大。
本發(fā)明設(shè)計的農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法適用于所有農(nóng)作物是本發(fā)明的重要特征。
現(xiàn)在，首先以棉花與水稻輪作為例來說明農(nóng)作物輪作周期估算公式，但本公式適用于所有農(nóng)作物輪作周期的估算是本發(fā)明的重要特征。
在有限多個在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像監(jiān)測的相鄰兩年中，用“棉/稻”表示上一年種棉花的地塊在下一年種了水稻的面積。對于給定的地塊，如果“棉i/稻i+1”表示在此地塊上，第i年種棉花而第i+1年種水稻的面積，則下一年種水稻占上一年種棉花面積的比例即“水稻的面積i+1/棉花的面積i”被定義為此地塊i年到i+1年的棉稻輪作因子或簡稱為此地塊i年的棉稻輪作因子，并且用CRRFi(Cotton-Rice Rotation Factor)來表示，CRRFi=NRAiCCAi;]]>其中CCAi為對于給定的地塊在第i年種棉花的面積；NRAi為CCAi中，第i+1年種水稻的面積。
假設(shè)僅有棉花與水稻在某一給定的地塊上進(jìn)行輪作，對此地塊連續(xù)監(jiān)測N年，這一輪作過程可以用具有明顯周期性的平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述，而且在此地塊上，棉稻輪作因子為CRRFi(i＝1，……，N-1)，則棉花與水稻的輪作周期CRRP(Cotton-Rice Rotation Period)為CRRP=limN→∞1N-1Σi=1N-11CRRFi;]]>由于實(shí)際上觀察的年數(shù)N是有限的，因此當(dāng)N足夠大時，棉稻輪作周期CRRP的近似值CRRP‾=1N-1Σi=1N-11CRRFi.]]>由于棉花與水稻輪作過程可以用具有明顯周期性的平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述，因此每年棉花輪作的數(shù)量在統(tǒng)計學(xué)上應(yīng)該大致相同，而且棉花與水稻輪作周期是存在并可計算的。
因?yàn)閮H有棉花與水稻在給定的地塊上進(jìn)行輪作，所以根據(jù)CRRFi的定義，在給定“上一年棉花面積”CCAi的情況下，如果每年有“棉/稻”面積NRAi改種水稻，則 年可將“上一年棉花面積”改種完，故CRRPi＝1/CRRFi成立。
假設(shè)所要求的周期CRRP是隨機(jī)變量ξ的數(shù)學(xué)期望E(ξ)，那么近似確定CRRP的方法是對ξ進(jìn)行N次重復(fù)抽樣，產(chǎn)生相互獨(dú)立的ξ值的序列ξ1，......，ξN(ξ1＝1/CRRF1，........，ξN＝1/CRRFN)，則其算術(shù)平均值ξN‾=1NΣi=1Nξi;]]>根據(jù)強(qiáng)大數(shù)定理，P(limN→∞ξN‾=CRRP)=1;]]>因此，當(dāng)N充分大時，ξN≈E(ξ)＝CRRP；成立的概率等于1，因此可用ξN作為所求量CRRP的估算值。
根據(jù)上述定理，可以利用對輪作區(qū)域的M個鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)N年衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算該輪作區(qū)域的棉稻輪作周期，CRRP‾=1N-1Σi=1N-11CRRFi=1N-1Σi=1N-1(Σj=1MCCAij2NRAijΣj=1MCCAij);]]>其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；NRAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種棉花的面積中，在第i+1年種水稻的面積；CCAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種棉花的面積。
同理，對于水稻與棉花輪作的情況，可推出計算輪作區(qū)域的稻棉輪作周期公式RCRP‾=1N-1Σi=2N1RCRFi=1N-1Σi=2N(Σj=1MCCAij2NCAijΣj=1MCCAij);]]>其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；RCRFi為i年種棉花的面積中有多少在i-1年種水稻；NCAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i-1年種水稻的面積中，在第i年種棉花的面積；CCAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種棉花的面積。
如對輪作順序不加區(qū)分，稻與棉或棉與稻輪作周期則是指稻棉輪作周期與棉稻輪作周期的算術(shù)平均值，CRCRRP‾=(CRRP‾+RCRP‾)/2.]]>
本發(fā)明設(shè)計的農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法如下首先估算農(nóng)作物輪作病蟲害發(fā)生的嚴(yán)重程度，然后再根據(jù)嚴(yán)重程度計算相關(guān)的農(nóng)藥用量。
假定農(nóng)作物i與農(nóng)作物j進(jìn)行輪作，用于防治農(nóng)作物輪作病蟲害k，農(nóng)作物輪作病蟲害k可能發(fā)生的嚴(yán)重程度與該農(nóng)作物輪作周期有關(guān)并且用指數(shù)αijk來表示αijk＝f(x1，x2，x3)；其中f(x1，x2，x3)為求αijk值的函數(shù)；變量x1為農(nóng)作物i的實(shí)際輪作周期；變量x2為農(nóng)作物i的最小必須輪作周期；變量x3為與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)的量。
f(x1，x2，x3)可以有多種形式，例如可以用多元回歸方法求αijk值，此時有αijk＝f(x1，x2，x3)＝a1x1+a2x2；其中回歸系數(shù)a1和a2與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)?？梢酝ㄟ^在農(nóng)作物i的輪作區(qū)域，根據(jù)實(shí)際輪作周期的不同，設(shè)置若干個樣方，再在每個樣方中測量輪作病蟲害k發(fā)生的嚴(yán)重程度αijk，并根據(jù)相對應(yīng)的x1和x2的值，用回歸的方法確定系數(shù)a1和a2的值。
通過上述多元回歸方程對樣方中的實(shí)際數(shù)據(jù)的處理，并且令x1＝CRTPijk，x2＝CRTNijk，回歸系數(shù)a1和a2用系數(shù)Cijk來取代，可以得到求αijk值的更簡單的公式如下αijk＝Cijk×(CRTPijk-CRTNijk)其中(1)Cijk為與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)的系數(shù)?？梢栽谠O(shè)置的若干個樣方中，調(diào)查相關(guān)農(nóng)作物輪作病蟲害實(shí)際發(fā)生的嚴(yán)重程度αijk，再通過回歸的方法來確定系數(shù)Cijk。
(2)αijk值越大則說明農(nóng)作物輪作病蟲害k的發(fā)生將會越嚴(yán)重，αijk＝0說明農(nóng)作物i與農(nóng)作物j用于防治農(nóng)作物輪作病蟲害k的輪作周期符合最低輪作周期的要求，而αijk＜0時|αijk|越大則說明農(nóng)作物輪作病蟲害k越不容易發(fā)生，此時令αijk＝0。
(3)最小輪作周期是指能夠最大限度的發(fā)揮農(nóng)作物i和農(nóng)作物j輪作的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益同時又能防治農(nóng)作物輪作病蟲害k所必須的最小輪作周期，可以通過科學(xué)試驗(yàn)、測定，或根據(jù)長期積累的經(jīng)驗(yàn)來確定。
(4)1≤CRTPijk＜∞，1≤CRTNijk＜∞。
根據(jù)估算的農(nóng)作物i的實(shí)際輪作周期，計算相關(guān)的描述農(nóng)作物輪作病蟲害可能發(fā)生程度的指數(shù)αijk，就可以判斷出在相關(guān)區(qū)域農(nóng)作物輪作病蟲害k可能發(fā)生的嚴(yán)重程度。
進(jìn)一步假定防治農(nóng)作物輪作病蟲害k所需要的農(nóng)藥為t，則在單位面積上，對農(nóng)藥t的需求量βijkt可用下式計算βijkt＝Dijkt×αijk其中系數(shù)Dijkt與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、農(nóng)藥t、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)，用于對αijk進(jìn)行規(guī)范化，使βijkt符合實(shí)際需要，βijkt≥0。可以在設(shè)置的若干個樣方中，調(diào)查對相關(guān)農(nóng)作物輪作病蟲害的實(shí)際用藥量，再通過回歸的方法來確定系數(shù)Dijkt。
由于在估算實(shí)際農(nóng)作物輪作周期時，已經(jīng)求出與不同農(nóng)作物輪作周期相關(guān)的面積的大小(如按鄉(xiāng)鎮(zhèn)估算實(shí)際農(nóng)作物輪作周期，那么相關(guān)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)輪作面積是已知的)，故利用上述公式就可以估算出在所有區(qū)域中(區(qū)域最大可覆蓋全球)對各種農(nóng)藥t的需求總量。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1江蘇省蘇北某市為全國著名的農(nóng)業(yè)大市，位于里下河農(nóng)區(qū)，總面積2393平方公里，人口155萬，轄45個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，現(xiàn)有耕地13萬公頃，水域面積為全市總面積的四分之一，是國家商品糧和優(yōu)質(zhì)棉基地，年產(chǎn)糧食110萬噸、棉花4萬噸，與水稻、棉花同期生長的作物有玉米、大豆、山芋、蔬菜等。研究區(qū)域主要為棉花與水稻輪作，此外棉花也與其它作物輪作，但不是主流輪作模式。
研究采用的衛(wèi)星影像為11937的陸地7號衛(wèi)星影像和軌道號為11937的陸地5號衛(wèi)星影像，覆蓋了上述研究區(qū)域，影像的每個像元或柵格的尺寸為30米×30米。在研究區(qū)域，對稻棉和棉稻輪作進(jìn)行觀察的最佳時相為7月到8月。因此，我們選擇的四期TM影像的日期為2001年7月26日、2002年7月29日、2003年7月24日、2004年7月26日，影像質(zhì)量符合解譯要求。
根據(jù)上述棉稻輪作周期公式CRRP‾=1N-1Σi=1N-11CRRFi=1N-1Σi=1N-1(Σj=1MCCAij2NRAijΣj=1MCCAij),]]>對遙感影像解譯獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。
表1 蘇北某市2001年到2004年棉稻輪作水平遙感調(diào)查(面積單位公頃，周期單位年)


根據(jù)表1，2001年到2004年植棉面積波動較大，例如，從2001年到2002年，面積下降21.62％；從2002年到2003年，面積上升6.55％；而從2003年到2004年，面積繼續(xù)上升8.05％。同期，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的植棉面積波動也很大，面積增加的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2001年到2002年為10個；2002年到2003年為20個；2003年到2004年為25個。鄉(xiāng)鎮(zhèn)植棉面積增加的個數(shù)，基本上反映了蘇北某市植棉面積增減的總趨勢。從周期變化方式的特點(diǎn)來看，根據(jù)2001年到2002年的數(shù)據(jù)計算的棉稻輪作周期為2.01年；根據(jù)2002年到2003年的數(shù)據(jù)計算棉稻輪作周期為3.42年；根據(jù)2003年到2004年的數(shù)據(jù)計算的棉稻輪作周期為3.01年；差異較大，但基本上反映了從2001年以來，特別是2001年，蘇北某市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植業(yè)調(diào)整對棉稻輪作的影響。從總體上來看，由連續(xù)4年對棉稻輪作周期監(jiān)測的三個周期數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值獲得的平均周期為2.81年，與我國明朝科學(xué)家徐光啟的2到3年(平均約為2.5年)的說法僅相差12.40％，比較接近。
實(shí)施例2研究區(qū)域以及研究采用的衛(wèi)星影像同實(shí)施例1。
根據(jù)上述稻棉輪作周期公式RCRP‾=1N-1Σi=2N1RCRFi=1N-1Σi=2N(Σj=1MCCAij2NCAijΣj=1MCCAij),]]>對遙感影像解譯獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。
表2 蘇北某市2001年到2004年稻棉輪作水平遙感調(diào)查表(面積單位公頃，周期單位年)


根據(jù)表2，稻棉輪作平均周期為2.89年，與棉稻輪作平均周期2.81年十分接近，兩者僅相差2.85％，說明從棉花到水稻的輪作面積與從水稻到棉花的輪作面積基本相同，這一現(xiàn)象符合輪作的基本規(guī)律，也符合上述關(guān)于輪作過程是具有周期性以及平穩(wěn)性的隨機(jī)過程的假設(shè)，并且說明本發(fā)明的輪作估算公式是合理的，遙感解譯的精度達(dá)到了試驗(yàn)的要求，綜合二者結(jié)果可得到不考慮輪作順序的棉花的輪作周期為2.85年。
由于在棉稻輪作周期和稻棉輪作周期的計算中，采用了不同的解譯面積，前者為當(dāng)年種棉花下年種水稻的面積，而后者為上年種水稻當(dāng)年種棉花的面積，二者具有相對的獨(dú)立性，可以作為互為正確性驗(yàn)證的依據(jù)。因此，可以利用計算的棉稻與稻棉周期結(jié)果之間的差異，作為檢驗(yàn)遙感影像解譯精度、輪作周期估算準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的理論和實(shí)踐價值。
實(shí)施例3棉稻輪作棉花枯黃萎病農(nóng)藥用量的遙感估算表3 蘇北某市棉稻輪作棉花枯黃萎病農(nóng)藥用量的遙感估算


根據(jù)農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，對蘇北某市鄉(xiāng)鎮(zhèn)的棉稻輪作棉花枯黃萎病農(nóng)藥量的遙感估算的結(jié)果如表3所示，其中αijk為枯黃萎病的發(fā)病率(百分?jǐn)?shù))，CRTNijk＝2.85為最小必須輪作周期，CRTPijk為實(shí)際輪作周期，系數(shù)Cijk＝16.47，Dijkt＝0.043。注意在本表中，假設(shè)在輪作周期不大于最小必須輪作周期時枯黃萎病不會發(fā)生，實(shí)際上還可能有輕微的發(fā)生，但在這里不予考慮，根據(jù)該區(qū)域的情況，枯黃萎病發(fā)病率在30％以上時就必須采取防治措施，因此在防治中應(yīng)該對高于30％發(fā)病率的重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)予以特別關(guān)注，防治措施為噴施殺菌劑，在生育期間隔5～7天噴施枯黃萎病原素防治，對重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)連噴βijkt次(βijkt應(yīng)取整數(shù))，即可控制病害發(fā)生，根據(jù)βijkt和鄉(xiāng)鎮(zhèn)棉田的面積可估算出該鄉(xiāng)鎮(zhèn)需要的殺菌劑數(shù)量。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，涉及農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，估算的對象為在大地理區(qū)域中所有由于缺少正常輪作而產(chǎn)生病蟲害的農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量。用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，再將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，來確定與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)的防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量，該方法具有高效、簡單、易于應(yīng)用等特點(diǎn)，可廣泛用于對全球農(nóng)藥需求量進(jìn)行估算等領(lǐng)域。本發(fā)明進(jìn)一步涉及實(shí)現(xiàn)這種方法的技術(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述估算的對象為在大地理區(qū)域中所有由于缺少正常輪作而產(chǎn)生病蟲害的農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量是指在同一地塊上，一種作物種植一定的時間后，再種植另一種作物一定的時間，并且一直交替下去的過程稱為作物輪作，所花費(fèi)的時間稱為從一種作物到另一種作物的輪作時間，也稱為輪作周期，用年份對作物輪作周期研究的結(jié)論同樣適用于用其它時間單位對作物輪作周期的研究，在此基礎(chǔ)上，由于在大地理區(qū)域中農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期比最小必須的輪作周期長，所以產(chǎn)生了與輪作有關(guān)的病蟲害，估算最大限度的消除這些病蟲害所需要的農(nóng)藥的數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指選取用于解譯的多年遙感影像在年份上每兩幅影像是連續(xù)的，但連續(xù)的每兩幅影像之間在年份上可以是間斷的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指對從遙感影像上解譯出的數(shù)據(jù)以相鄰的兩年為基本組合，每一組合包括前一年被輪作作物的面積以及在相同的地塊上前一年被輪作作物在下一年改種或輪作為另一種作物的面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指農(nóng)作物輪作可以用平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述，具有周期性并且是可以計算的，這里的周期性是在統(tǒng)計學(xué)上計算出來的所有參與輪作的一種作物被另一種農(nóng)作物輪換種植所需要的年份數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指參與輪作的甲、乙兩種作物，甲與乙輪作與乙與甲輪作是兩個不同的概念，它們的輪作周期可以不同，如對輪作順序不加區(qū)分，甲乙輪作周期則是指甲與乙輪作周期與乙與甲輪作周期的算術(shù)平均值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指相對于大地理區(qū)域，按自然鄉(xiāng)或村(市或縣)(或更小)符合獨(dú)立樣本要求的區(qū)域作為計算作物輪作周期的基本單位，將大幅增加計算作物周期的獨(dú)立樣本數(shù)，減少對遙感影像數(shù)量的要求，并可提高估算作物輪作周期的精度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指下述以C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作為例所描述的數(shù)學(xué)公式、推導(dǎo)過程、計算結(jié)果以及應(yīng)用方法適用于對所有農(nóng)作物的輪作周期及空間變化的估算，假定已經(jīng)獲得了C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作區(qū)域的M個鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)N年遙感衛(wèi)星影像的解譯數(shù)據(jù)，那么可用下式來計算C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作周期， 其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；NRAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種C農(nóng)作物的面積中，在第i+1年種R農(nóng)作物的面積；CCAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種C農(nóng)作物的面積，同理，假定已經(jīng)獲得了R農(nóng)作物與C農(nóng)作物輪作區(qū)域的M個鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)N年遙感衛(wèi)星影像的解譯數(shù)據(jù)，那么可用下式來計算R農(nóng)作物與C農(nóng)作物輪作周期， 其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；NCAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i-1年種R農(nóng)作物的面積中，在第i年種C農(nóng)作物的面積；CCAij為第j個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種C農(nóng)作物的面積，如對輪作順序不加區(qū)分，R農(nóng)作物與C農(nóng)作物或C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作周期則是指R農(nóng)作物C農(nóng)作物輪作周期與C農(nóng)作物R農(nóng)作物輪作周期的算術(shù)平均值，
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，其特征在于所述再將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，來確定與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)的防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量是指下述數(shù)學(xué)公式、推導(dǎo)過程、計算結(jié)果以及應(yīng)用方法適用于對所有農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算，首先估算農(nóng)作物輪作病蟲害發(fā)生的嚴(yán)重程度，然后再根據(jù)嚴(yán)重程度計算相關(guān)的農(nóng)藥用量。假定農(nóng)作物i與農(nóng)作物j進(jìn)行輪作，用于防治農(nóng)作物輪作病蟲害k，農(nóng)作物輪作病蟲害k可能發(fā)生的嚴(yán)重程度與該農(nóng)作物輪作周期有關(guān)并且用指數(shù)αijk來表示αijk＝f(x1，x2，x3)；其中f(x1，x2，x3)為求αijk值的函數(shù)；變量x1為農(nóng)作物i的實(shí)際輪作周期；變量x2為農(nóng)作物i的最小必須輪作周期；變量x3為與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)的量。f(x1，x2，x3)可以有多種形式，例如可以用多元回歸方法求αijk值，此時有αijk＝f(x1，x2，x3)＝a1x1+a2x2；其中回歸系數(shù)a1和a2與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)。可以通過在農(nóng)作物i的輪作區(qū)域，根據(jù)實(shí)際輪作周期的不同，設(shè)置若干個樣方，再在每個樣方中測量輪作病蟲害k發(fā)生的嚴(yán)重程度αijk，并根據(jù)相對應(yīng)的x1和x2的值，用回歸的方法確定系數(shù)a1和a2的值。通過上述多元回歸方程對樣方中的實(shí)際數(shù)據(jù)的處理，并且令x1＝CRTPijk，x2＝CRTNijk，回歸系數(shù)a1和a2用系數(shù)Cijk來取代，可以得到求αijk值的更簡單的公式如下αijk＝Cijk×(CRTPijk-CRTNijk)其中(1)Cijk為與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)的系數(shù)?？梢栽谠O(shè)置的若干個樣方中，調(diào)查相關(guān)農(nóng)作物輪作病蟲害實(shí)際發(fā)生的嚴(yán)重程度αijk，再通過回歸的方法來確定系數(shù)Cijk。(2)αijk值越大則說明農(nóng)作物輪作病蟲害k的發(fā)生將會越嚴(yán)重，αijk＝0說明農(nóng)作物i與農(nóng)作物j用于防治農(nóng)作物輪作病蟲害k的輪作周期符合最低輪作周期的要求，而αijk＜0時|αijk|越大則說明農(nóng)作物輪作病蟲害k越不容易發(fā)生，此時令αijk＝0。(3)最小輪作周期是指能夠最大限度的發(fā)揮農(nóng)作物i和農(nóng)作物j輪作的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益同時又能防治農(nóng)作物輪作病蟲害k所必須的最小輪作周期，可以通過科學(xué)試驗(yàn)、測定，或根據(jù)長期積累的經(jīng)驗(yàn)來確定。(4)1≤CRTPijk＜∞，1≤CRTNijk＜∞。根據(jù)估算的農(nóng)作物i的實(shí)際輪作周期，計算相關(guān)的描述農(nóng)作物輪作病蟲害可能發(fā)生程度的指數(shù)αijk，就可以判斷出在相關(guān)區(qū)域農(nóng)作物輪作病蟲害k可能發(fā)生的嚴(yán)重程度。進(jìn)一步假定防治農(nóng)作物輪作病蟲害k所需要的農(nóng)藥為t，則在單位面積上，對農(nóng)藥t的需求量βijkt可用下式計算βijkt＝Dijkt×αijk其中系數(shù)Dijkt與農(nóng)作物i、農(nóng)作物j、農(nóng)作物輪作病蟲害k、農(nóng)藥t、耕作栽培方式、輪作區(qū)域的地理條件以及其它因素有關(guān)，用于對αijk進(jìn)行規(guī)范化，使βijkt符合實(shí)際需要，βijkt≥0?？梢栽谠O(shè)置的若干個樣方中，調(diào)查對相關(guān)農(nóng)作物輪作病蟲害的實(shí)際用藥量，再通過回歸的方法來確定系數(shù)Dijkt。由于在估算實(shí)際農(nóng)作物輪作周期時，已經(jīng)求出與不同農(nóng)作物輪作周期相關(guān)的面積的大小(如按鄉(xiāng)鎮(zhèn)估算實(shí)際農(nóng)作物輪作周期，那么相關(guān)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)輪作面積是已知的)，故利用上述公式就可以估算出在所有區(qū)域中(區(qū)域最大可覆蓋全球)對各種農(nóng)藥t的需求總量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物輪作病蟲害農(nóng)藥量的遙感估算方法，涉及農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，估算的對象為在大地理區(qū)域中所有由于缺少正常輪作而產(chǎn)生病蟲害的農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量。用遙感影像中的農(nóng)作物在空間上變化的解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，通過建立的公式來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，再將農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期與最小必須的輪作周期進(jìn)行比較，來確定與農(nóng)作物輪作有關(guān)的病蟲害的發(fā)生程度，并估算在采取相應(yīng)的防治措施的情況下該農(nóng)作物所需要的農(nóng)藥量，該方法具有高效、簡單、易于應(yīng)用等特點(diǎn)，可廣泛用于對全球農(nóng)藥需求量進(jìn)行估算等領(lǐng)域。本發(fā)明進(jìn)一步涉及實(shí)現(xiàn)這種方法的技術(shù)。
文檔編號G06Q50/00GK1794279SQ200510134920
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者朱澤生, 孫玲, 朱犁 申請人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院